加热电缆的热性能和寿命评定

1、加热电缆的热性能和寿命评定王振国一、 引言关于加热电缆的热性能和寿命评定,IEC标准（包括IEC 60800、IEC 62395-1和IEC 60079-30-1标准）目前尚无规定，而IEEE在其发布的IEEE 515商业用电阻伴热器的试验、设计、安装和维护标准中早就有了有关规定，现将有关章节译录如下，供有关方参考。笔者注：电阻伴热器包括伴热电缆（即通常称加热电缆）、伴热垫和伴热板。二、 IEEE 515.1-2012标准的有关规定4.2.6热性能基准 当按4.2.6.1或4.2.6.2规定试验时，加热设备样品应保持输出功率水平在初始输出功率的20或-25的范围内。 这些试验仅适用于并联结构的

2、加热设备。它们不适用于串联结构的加热设备。 笔者注：本节标题在IEEE 515的早期版本中为“服务寿命性能基准”。4.2.6.1基本试验对三个随机选择的代表了评价中所有加热设备的最大输出的样品进行试验。如果加热设备的类型具有不同的额定电压和输出功率水平，则选择各三个样品应能代表：a）最低的额定电压水平和最大的额定输出功率b）最高的额定电压和最小的额定输出功率样品应按制造者的规范规定制作终端，提供加热长度至少为0.6 m（2ft）的加热电缆或具有代表性尺寸的表面加热设备。试验的老化温度为制造者声明的加热设备的最高维持温度。样品在老化温度下通电处理120 h±24 h。样品的初始输出功率

3、用4.2.11节规定的三个方法之一测定，但当采用4.2.11.3试验程序时样品长度和测定的温度点个数不同。在这种情况下,在样品额定电压和制造者声明的额定输出功率的参考温度下对样品进行评价。样品的输出功率应在制造者声明的输出功率范围内。将样品放置到4.2.11.3规定的装置或适当的加热槽中并进行绝缘。将管子或加热槽的温度设定为规定的摄氏老化温度并保持在±3（±5.4）+1的范围内。使加热流体循环或采用外部加热将试验装置的温度升高到老化温度。并联伴热器在额定电压下运行。供电每15 min进行一次循环，其中12 min通电，3 min断电。样品将如此处理共32周（5376 h）。

4、对于具有高于最高维持温度的最高暴露温度的加热设备（无论是连续的还是间断的）试样应在相同条件下暴露32周,除了每星期一次的8 h偏离外。8 h开始时，样品断电。管子或加热槽的温度将升高到等于制造者声明的最高暴露温度的温度。允许升高温度时间应不大于1 h。偏离开始7 h后，管子或加热槽的温度将降低回到老化温度，允许此操作时间应不大于1 h。当最高暴露温度是基于加热设备通电的，则加热设备在温度偏离时应连续通电，但冷却回到最高维持温度时例外。当最高暴露温度是基于加热设备断电的，则暴露循环应在断电情况下进行，8 h偏离结束时样品恢复供电。偏离应发生在每周的同一天。在32周试验结束时，用与测定样品初始输出

5、功率相同的方法测定样品输出功率。计算样品初始输出功率的百分比变化率。笔者注：文中提及的4.2.11节规定的是额定输出功率的验证方法，其中4.2.11.3节规定的是热验证方法。与IEC标准不同，针对四类不同的安装类型的加热设备，4.2.11.3节规定了不同的热验证方法。对应这四类不同的安装类型，该标准有关章节的小标题如下：4.2.11.3.1绝缘表面（包括管子）4.2.11.3.2室外暴露表面加热4.2.11.3.3嵌入式加热4.2.11.3.4管道内加热IEC有关标准仅规定了第1种类型即绝缘表面安装类型的加热设备的额定输出功率的验证方法。4.2.6.2替代试验开发该替代试验方法的目的在于缩短具

6、有聚合物部件的并联结构加热设备按4.6.2.1规定的试验方法进行试验的时间,但其也可用于任何并联结构加热设备。不能通过本试验要求的产品应符合4.6.2.1的要求。试验设备由一个能改变温度到规定水平的金属台板组成。该台板大小应能暴露加热设备样品的所有部分，试样将在正常的安装条件下被暴露在本试验程序所规定的温度水平下。试验设备应保证加热设备样品与台板紧密接触。试验设备可以提供一个样品固定装置。如若,在加热设备的终端/电源部件/引出罩的外形大小超过加热设备外形大小的场合,应对固定装置或台板采取补偿措施以容纳终端/电源部件/引出罩。试验设备应能在本试验程序需要时向加热设备样品供电。样品在非面向台板的一

7、侧应施加热绝缘以保证热量从台板向加热设备样品有效传递。当台板温度低于100时，台板温度应均匀控制到最大偏差±5；当台板温度为100以上时，台板温度应均匀控制到最大偏差为最高连续运行温度的5。 此处所述台板可以是扁金属板、金属管或所试加热设备大多数实际使用情况中遇到的典型金属表面。随机选择三个加热设备样品，最小长度为0.3m。加热设备形状不规则时，如表面加热组件，加热设备样品应至少由一个加热组件组成。 如加热设备为具有相同的材料（材料具有相同性能等级）和结构的加热设备产品范围的一部分时，但具有不同的额定电压和输出功率水平时，则选择各三个样品应能代表：a）最低的额定电压水平和最大的额定输

8、出功率b）最高的额定电压和最小的额定输出功率 试验开始前加热设备样品在最高的额定电压下和制造者声明的最高的连续运行温度下处理150 h。 加热设备样品安装在样品固定装置上或直接安装在台板上。样品施加最高额定电压。台板温度应为23±5。样品的初始功率输出通过测量加热设备达到稳定后的电压和电流确定。 连续并联结构的加热设备样品当安装在样品固定装置上或直接安装在台板上并施加最高额定电压时，进行温度循环使样品交替暴露在相当于23±5和最高连续运行温度的台板温度下。冷却阶段样品可不通电。 分区并联结构的加热设备样品以同样的方式进行温度循环，但当样品不处在最高连续运行温度时不通电。 如

9、循环温度范围超过350，则较低的温度可设定为最高连续运行温度以下350 通电样品应暴露在每个温度极限下最少15 min，温度极限间转换时间应不超过15 min，一个循环为在两个温度极限下的一个的完整的暴露。 应最少进行1500个循环。 温度循环后，台板温度应升高到制造者声明的最高暴露温度（最高的连续或间断的值）并保持不少于250 h。 当声明最高暴露温度为“通电”时，样品应在最高额定电压下通电。极限温度暴露试验完成后，使用与初始测量相同的方法和台板温度（±1）测量加热设备样品的功率输出。三、讨论 1、从上述IEEE的关于加热电缆的热性能和寿命的评定的方法可以看出下列要点： 1）无论是

10、基本方法还是替代方法，加热电缆热性能和寿命评定试验方法本质上为热-电综合老化方法。在基本方法试验中，电缆在其制造者声明的最高维持温度下经受32周的热老化试验，同时伴随着进行一个通断电循环的电老化试验。在本试验方法中,保持老化温度基本固定不变,但使通断电过程循环变化。在替代方法试验中，电缆在最高额定电压下进行温度循环使样品交替暴露在相当于23±5和最高连续运行温度的台板温度下共1500个循环（最长历时1500 h）。连续并联结构的加热设备样品在冷却阶段样品可不通电。分区并联结构的加热设备样品当样品不处在最高连续运行温度时不通电。与基本试验方法相反，在本试验方法中,保持施加电压基本固定不

11、变,但使环境温度循环变化。笔者注：我国国家标准GB/T 19835自限温伴热带标准规定的“热稳定性能”试验方法和要求与此替代试验相似，但两者具体试验参数（包括温度循环的温度极限以及循环的周期和个数等）不同，因此试验结果无可比性。2）电缆热老化的方法（包括试验设备的构造和布置以及试验的环境条件等），在基本试验方法和替代试验方法中是不同的；不同安装类型的电缆的热老化的方法也是不同的。3）在基本试验方法中，电缆正式试验前先要进行预处理；在替代试验方法中，电缆正式试验前先后要分别进行预处理和后处理。令人十分关注的是,无论是预处理,或者是后处理,处理时的温度都相当高，时间都相当长；这实际上使试验样品额外

12、经受了一次或两次附加的热老化试验。4）标准指出，不能通过替代试验要求的产品应符合基本试验的要求。基本试验和替代试验的要求孰严孰宽由此一目了然。 2、近有一些加热电缆产品标准规定了一些特殊的产品性能试验要求与相应的试验方法，其中一些试验方法貌似上述IEEE关于加热电缆的热性能和寿命评定的规定，但其实质则完全不同。例如，有一个并联结构加热电缆产品标准（下面简称这个标准为“该标准”）规定有关加热电缆样品不进行任何预处理也不进行任何热老化，但仅在室温下进行类同上述IEEE关于加热电缆的热性能和寿命评定试验中的基本试验规定的通断电循环。通断电循环结束，考核通断电循环前后的输出功率的变化并规定应不超过20

13、。 假定一个加热电缆产品同时通过了“该标准”规定的试验和IEEE标准规定的加热电缆热性能和寿命评定中的基本试验（下面简称该试验为IEEE试验），十分明显，由于在“该标准”规定的试验中，样品在通断电循环前未经预处理，在通断电循环时没有同时进行热老化，因此“该标准”规定的试验和IEEE试验两者的试验条件的严酷程度大相径庭，两者试验后加热电缆性能劣化的严重程度也有天壤之别，包括加热电缆的老化程度和试验前后的输出功率的变化都是完全不同的。由此可见，“该标准”规定的试验不能揭示加热电缆热性能和寿命的本质。如果一个加热电缆样品无法通过“该标准”规定的试验,那么立刻就可以断定,该加热电缆的质量是低劣的；如果与IEEE试验的规定要求相比,则可以看出,该加热电缆的质量是“非常”低劣的。反之，如果一个加热电缆样品尽管花费了32周即大半年的时间并花费了大量的人力物力通过了“该标准”规定的试验，但由于未进行IEEE规定的试验，当然人们就不知道该加热电缆样品是否能达到IEEE基本试验规定的试验的要求，这样人们仍然无法判断该加热电缆的热性能和寿命是否符合要求，当然也无法判断该加热电缆的整体质量是否符合要求。从对加热电缆的质量进行合格评定的角度出发，可以看出，